In questo tutorial, dopo una brevissima panoramica sulla normativa, ti mostro come dimensionare e verificare con un foglio di calcolo elettronico il consolidamento antisismico di un solaio esistente creando un diaframma rigido di piano.

Introduzione

Il solaio svolge un ruolo fondamentale durante l’evento sismico. Se è sufficientemente resistente e ha un’adeguata rigidezza riesce a ridistribuire le forze di inerzia sugli elementi verticali presenti favorendone la collaborazione nel corso del sisma.

Un solaio che ha questo comportamento può essere assimilato a un diaframma rigido.  Quando un intervento di consolidamento di questo tipo viene realizzato con criterio, contribuisce ad aumentare il comportamento scatolare dell’intera struttura inibendo la flessione fuori dal piano delle pareti perimetrali sia globale che locale.

Diaframma rigido di piano

Le Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC2018) definiscono sinteticamente le situazioni in cui puoi considerare il solaio come un diaframma rigido di piano:

• Solaio in latero-cemento con una cappa collaborante armata di almeno 4 cm di spessore;
• Solaio in struttura mista acciaio-calcestruzzo oppure in legno-calcestruzzo con uno spessore della cappa collaborante di almeno 5 cm che deve essere collegata alle strutture esistenti mediante sistemi di connessione a taglio opportunamente dimensionati.

In generale per consolidare e trasformare un solaio esistente in un diaframma rigido di piano si interviene eseguendo una soletta alleggerita completa di connessioni sopra l’impalcato già presente.

Componenti e funzioni del diaframma di piano e di falda

I diaframmi orizzontali negli edifici in muratura di dividono in:

• diaframmi di piano;
• diaframmi di falda (copertura con pendenza).

Il meccanismo principale che deve inibire il diaframma di piano nei confronti delle azioni orizzontali indotte dal sisma è la flessione fuori dal piano del pannello murario.

Quindi per evitare il collasso il diaframma deve essere opportunamente collegato con le pareti perimetrali e trasferire le azioni orizzontali dell’impalcato e delle murature ai setti resistenti a taglio.

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Un diaframma è costituito dai seguenti componenti:

• Correnti e Lesene o Ripartitori (resistenti a compressione e trazione);
• Pannello d’anima (resistente a taglio);

I collegamenti del diaframma sono distinti in:

• Tiranti: hanno la funzione di impedire lo “strappo” delle pareti caricate fuori piano e non sono sempre realizzabili in cantiere;
• Spinotti: consentono il trasferimento dell’azione di taglio tra impalcati e pareti quindi connettono il solaio con i setti resistenti all’azione sismica.

Modello di Calcolo del Consolidamento del Solaio

La soletta che si realizza sopra il solaio esistente viene modellata come una lastra con comportamento membranale e può esser suddivisa in:

• Correnti -> STRINGER: soggetti a trazione e compressione che variano linearmente a causa di un flusso di taglio lungo i bordi;
• Pannelli -> PANEL: soggetti a campi di sollecitazione tangenziali costanti e hanno bisogno di un armatura diffusa a maglia nelle due direzioni (rete elettrosaldata).

La cappa collaborante deve essere realizzata con un calcestruzzo strutturale leggero (sino al 40% di massa in meno rispetto a soluzioni tradizionali)  con uno spessore sottile e inoltre collegata con l’esistente tramite connessioni che hanno la funzione di cucire le due parti ed evitare lo scorrimento come mostrato qui di seguito.

Le immagini sono tratte dalla guida tecnica Leca: “Consolidamento statico e antisismico dei solai – edizione 2018” che puoi scaricare a fine articolo.

Struttura non interconnessa

Struttura interconnessa rigidamente (comportamento molitico)

Schema dei componenti per realizzare il diaframma rigido di piano prima del getto della soletta

Ai correnti viene affidata l’azione flettente di piano mentre al pannello l’azione tagliante.

Esempio di calcolo

Apri il nostro foglio di calcolo (puoi scaricarlo gratuitamente dal box blu presente a fine articolo) e cominciamo con l’INPUT dei dati necessari al calcolo che definiscono tutte le altre variabili del problema.

Per semplicità nell’esempio si esegue il dimensionamento solo lungo la direzione (Y) ma ti ricordo che dovrà essere eseguito anche lungo l’altra direzione ortogonale (X).

Input Modellazione e Calcolo

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Analisi dei Carichi

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Schema Statico

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Carichi raccolti dall’impalcato di piano

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Calcolo azioni interne

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Progettazione dei correnti

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Progettazione del pannello

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Progetto rete elettrosaldata

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Verifica spessore del pannello

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Verifica di duttilità del pannello

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Progettazione dei ripartitori (o lesene)

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Progettazione dei collegamenti del diaframma

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Progettazione degli spinotti a taglio

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Progettazione dei tiranti

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Riferimenti Tecnici e Approfondimenti

• Guida Tecnica Leca: "Consolidamento statico e antisismico dei solai - Ed. 2018" (2511 download )
• Official Site Leca: https://www.leca.it/

# Changelog
All notable changes to this project will be documented here
[WiP] = Work in Progress -> Release non ancora disponibile per il download
# Ver.(2019.05.06_v1d): Rev. validazione formula calcolo Trazione massima connettore perimetrale con funzione tirante (segnalazione a cura dell'Ing. Edoardo Marchionni)
# Ver.(2018.07.30_v1d): Rev. Post
# Ver.(2018.07.26_v1d): Pubblicazione on LabTecDesign